(5.56)-7 测量仪器与数字接口

第七章测量仪器与数字接口教学内容1.测量仪器2.计算机测试系统3.常用接口总线定义：用来测量并能得到被测对象量值的一种技术工具或装置。如：体温计、电压表、直尺砝码、热电偶、标准电阻7.1测量仪器测量仪器与数字接口第一阶段：利用计算机增强传统仪器的功能。第二阶段：开放式的仪器构成。第三阶段：虚拟仪器框架得到了广泛认同和采用。测量仪器的发展VI软件框架是数据采集和仪器控制系统实现自动化的关键。测量仪器与数字接口智能仪器，是计算机技术与测量相结合的产物，是含有微机或微处理器的测量仪器。智能仪器的整个测量过程都用单片机或微控制器来控制操作，实现测量过程的全自动化。智能仪器测量仪器与数字接口具有自测功能：自动调零、量程自动转换、自动故障与状态检验、自动校准、自诊断等，能自动检测出故障的部位甚至故障的原因。极大地方便了仪器的使用和维护。智能仪器的特点测量仪器与数字接口具有数据处理功能：采用单片机或微控制器，使得许多原来用硬件逻辑难以解决或根本无法解决的问题，通过软件非常灵活地加以解决。不仅使用户从繁重的数据处理中解放出来，还有效地提高了仪器的测量精度。测量仪器与数字接口具有友好的人机对话能力：使用键盘代替传统仪器中的切换开关，操作人员只需通过键盘输入命令，就能实现某种测量功能。通过显示屏将仪器的运行情况、工作状态以及对测量数据的处理结果及时告诉操作人员，使仪器的操作更加方便直观。测量仪器与数字接口具有可程控操作能力：一般都配有一些标准的通信接口，可以很方便地与微机和其他仪器一起组成用户所需要的多种功能的自动测量系统，以完成更复杂的测试任务。测量仪器与数字接口信号采集：把传感器和其他测试设备中采集的非电量或者电量信号转换为数字量，然后送入计算机，再由计算机进行分析、处理的过程。信号采集系统：完成信号采集过程的相应系统。7.2信号采集系统测量仪器与数字接口任务：采集传感器输出的模拟信号，并转换成计算机能识别的数字信号，根据不同的需要由计算机进行相应的计算和处理，得出所需的数据。与此同时，将计算得到的数据进行存储、显示或打印，以便实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量功能。信号采集系统的任务测量仪器与数字接口被采集数据，是已被转换为电信号的各种物理量。采集一般是采样方式，即隔一定时间对同一点数据重复采集。准确的数据测量是数据采集的基础。不论哪种方法和元件，均以不影响被测对象状态和测量环境为前提，以保证数据的正确性。测量仪器与数字接口多通道信号采集系统原理框图测量仪器与数字接口数据采集系统有时需要进行多路和多参数的采集与控制，如果每一路都单独采用各自的输入回路，不仅成本比单路成倍增加，而且会导致系统体积庞大，且由于模拟器件、阻容元件参数特性不一致，对系统的校准带来很大困难。通常采用公共的采样保持和A-D转换电路，利用多路模拟开关，可以方便实现共用。模拟通道的选通测量仪器与数字接口作用：在多路数据传输过程中，能够根据需要将其中任一选出的电路选通。多路选择器多路选择器测量仪器与数字接口目的：与基于计算机的数据采集系统的输入相匹配，获取有效、准确的信号。方法：放大、衰减、滤波、隔离、激励、冷端补偿、电流电压转换、电压频率转换等。信号调理测量仪器与数字接口作用：采集模拟输入电压在某一时刻的瞬时值，并在A-D转换器进行转换期间保持输出电压不变，以完成A-D转换过程。采样保持电路测量仪器与数字接口作用：将模拟输入信号转换成N位二进制数字输出信号的过程。输出的数字量表示输入信号相对于参考信号的大小。A/D转换测量仪器与数字接口转换精度：转换速率：A/D转换器的参数输出数字信号的二进制位数的多少。转换器能够准确输出的数字信号的位数越多，表示转换器能够分辨输入信号的能力越强，转换器的性能也就越好。每秒转换的次数。测量仪器与数字接口总线：一种描述电子信号传输线路的结构形式，是一类信号线的集合，是子系统间传输信息的公共通道。作用：能使整个系统内各部件之间的信息进行传输、交换、共享和逻辑控制等功能。7.3总线测量仪器与数字接口PCI、PCIExpress、VXI、PXI总线类型用于与机架式仪器连接的独立总线：GPIB、串行总线(RS-232)、以太网、USB内嵌于模块化仪器的接口总线：测量仪器与数字接口数据传输的时间，通常以秒为单位。影响总线性能因素带宽：数据传输的速率，它通常以百万比特每秒(Mbit/s)为单位测量。延迟：仪器实现方式：总线软件、固件和硬件的仪器实现方式将影响总线性能。测量仪器与数字接口如果处在充满噪声干扰的环境中，可使用提供保护的接口总线，隔离环境干扰，如GPIB、USB。开发总线时需考虑的因素仪器到PC之间的距离：如果仪器离PC很近，可以灵活地选择；如果比较远，应考虑分布式仪器控制系统的体系架构。接口和电缆的坚固性：测量仪器与数字接口通用接口总线(GPIB)串行总线USB以太网PCI常用接口总线测量仪器与数字接口GPIB是8位并行数字通信接口，数据传输速率高达8Mbit/s。一个GPIB控制器总线最多可连接14个仪器，但布线距离小于20m。GPIB电缆和连接器是工业等级的，可以用于任何环境中。GPIB测量仪器与数字接口串行总线简单，使用距离长。计算机网络及分布式工业控制系统中，经常使用串行通信来实现数据交换。常用串行通信：RS-232、RS-422、RS-485串行总线测量仪器与数字接口USB支持主系统与其外设之间的数据传输。优点：安装方便、高带宽、易于扩展。缺点：不是工业级标准；无锁紧装置；最长传输距离只有30m。USB测量仪器与数字接口以太网可进行通用的网络连接以及远程数据存储。优点：远程仪器控制，简便的仪器共享方式；可充分利用